Moléculas de oxígeno e hidrógeno durante la electrólisis

Electrolizador: ¿Qué es y qué tipos hay?

Descomponer para reducir las emisiones de C0₂

La reducción de la huella de carbono pasa por la producción de energía con menos emisiones de CO₂. En este sentido, el hidrógeno puede proporcionarnos gran cantidad de energía versátil. A partir del hidrógeno se puede obtener energía eléctrica, mecánica o térmica, con altos rendimientos y nulas emisiones de CO₂ ya que, una vez que se quema el hidrógeno, solo genera vapor de agua como residuo. El hidrógeno renovable producido mediante electrólisis es una prometedora alternativa en la transición hacia un sistema energético más eficiente.

¿Qué es un electrolizador?

Un electrolizador es un dispositivo que, mediante la aplicación de electricidad, puede separar las moléculas de agua en sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno.

El electrolizador consta de dos electrodos, un ánodo (o electrodo negativo) y un cátodo (o electrodo positivo), que son los encargados de hacer pasar la corriente eléctrica por el agua y llevar a cabo el proceso de «rotura» de las moléculas, conocido como electrólisis.

Cuando la energía eléctrica empleada proviene de fuentes renovables, el proceso es respetuoso con el medioambiente, porque se evita la emisión de gases de efecto invernadero asociados con la generación de electricidad a partir de combustibles tradicionales.

¿En qué consiste la electrólisis?

Como ya hemos adelantado en el apartado anterior, la electrólisis consiste en la separación de agua en sus elementos —hidrógeno y oxígeno— mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Además de los dos electrodos (ánodo y cátodo), se requiere un componente denominado electrolito. Puede tratarse de un ácido, una base o una sal disuelta en el agua, y sirve para facilitar la conducción eléctrica. Fue Faraday quien en 1820 formuló por primera vez el principio de la electrólisis.

En el caso del hidrógeno renovable, la electricidad que se aplica en el proceso se genera a partir de fuentes renovables. El hidrógeno liberado al descomponer el agua se recoge y somete a un proceso que elimina las impurezas y le permite cumplir con los estándares de calidad requeridos. A continuación, se almacena en tanques o se transporta mediante tuberías para su distribución.

Tipos de electrolizadores

Según su funcionamiento y tamaño, actualmente existen varios tipos de electrolizadores, entre los que destacan los siguientes:

Electrolizador alcalino

Estos electrolizadores utilizan una solución alcalina (por ejemplo, hidróxido de potasio) como electrolito. Destacan por su eficiencia energética y su bajo coste de fabricación, por lo que se utilizan con mucha frecuencia en aplicaciones industriales a gran escala. Sin embargo, son muy sensibles a la presencia de impurezas que aceleran la degradación de sus componentes y suelen requerir una alta concentración de electrolito alcalino, lo que incrementa los costes de mantenimiento.

Electrolizadores de membrana polimérica protónica (PEM)

Estos electrolizadores recurren a una membrana de intercambio de protones que sirve de separador entre el ánodo y el cátodo. Así, cuando se aplica corriente, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno, y los protones de hidrógeno pasan a través de la membrana para formar gas hidrógeno en el lado del cátodo.

Entre sus ventajas, además de su alta eficiencia, está el que funcionan a temperaturas bajas y su tamaño es compacto en comparación con otros electrolizadores. No obstante, algunos de sus componentes son metales preciosos, como el platino, lo que dispara el coste.

Electrolizadores de óxido sólido (SOEC)

Los electrolizadores de óxido sólido funcionan a temperaturas muy elevadas (entre 700 °C y 850 °C) y emplean una celda de un material cerámico conocido como óxido sólido para que haga las veces de electrolito. Se distinguen por su alta eficiencia energética, gran tolerancia a las impurezas, la posibilidad de emplear el calor residual y su versatilidad, ya que pueden funcionar para generar electricidad y calor a partir de hidrógeno.

Con todo, las temperaturas de funcionamiento constituyen todo un desafío en cuanto a la naturaleza y durabilidad de los materiales empleados. Asimismo, son más complejos y costosos que otras modalidades, y su tecnología no está tan desarrollada.

Aplicaciones del hidrógeno renovable

Ámbito de la movilidad

Los vehículos con pilas o celdas de combustible propulsados por hidrógeno son una opción en alza para el transporte pesado por carretera. Con hidrógeno renovable se fabrican combustibles sintéticos (combustibles de cero emisiones netas a partir de agua y CO₂).

Como materia prima

También se usa como materia prima en los procesos de refino —un paso más para la reducción de la huella de carbono en la industria— o en la industria química, para producir amoníaco, metanol y otros productos químicos.

Almacenaje a gran escala

Al ser un vector energético, se puede producir con energías renovables durante períodos de baja demanda y luego usarse para generar electricidad mediante celdas de combustible o turbinas de hidrógeno.

Calefacción y refrigeración

El hidrógeno renovable puede quemarse en calderas de hidrógeno para generar calor o bien utilizarse en sistema de refrigeración por absorción.

Proyectos de electrolizadores de Repsol

La apuesta por la generación de hidrógeno renovable es firme en numerosos países. De hecho, la Comisión Europea presentó el documento «Una estrategia del hidrógeno para una Europa climáticamente neutra» a mediados de 2020, y en 2022 se dio luz verde a la inversión de 5200 millones de euros de financiación pública para impulsar la investigación y la innovación sobre el hidrógeno.

En Repsol trabajamos junto a Petronor para impulsar el hidrógeno renovable en la Península Ibérica. Por ello, estamos instalando el primer electrolizador del País Vasco, en el complejo industrial de Petronor de Muskiz. Tendrá una capacidad de 2,5 MW y supondrá una inversión de 8,9 millones de euros.

El proyecto se integrará dentro del Corredor Vasco del Hidrógeno (BH2C), una iniciativa a la que ya se han sumado 80 entidades y pretende impulsar la recuperación económica no solo del País Vasco a la vez que se progresa en la descarbonización del sector energético. En Cartagena, también está previsto activar un electrolizador con una potencia de 100 MW, como parte de la Iniciativa del Hidrógeno Verde de la Región de Murcia, centrada en el área del valle de Escombreras.

No obstante, el proyecto más ambicioso hasta la fecha por parte de Repsol se pondrá en marcha en Tarragona. Se trata de un electrolizador con una capacidad de 150 MW en 2026 y de 1000 a partir de 2027. Esta instalación dispondrá de las mejores tecnologías para minimizar el consumo de agua destinado a la producción de hidrógeno renovable.

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